碳纖維表面氧化行為及其對碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料性能的影響.pdf

1、未經(jīng)處理的碳纖維表面呈現(xiàn)惰性，無法與樹脂基體形成牢固的界面結(jié)合，因此碳纖維的表面氧化改性一直受到人們的高度關(guān)注。本文利用掃描電鏡、原子力顯微鏡、X射線光電子能譜儀、拉曼光譜儀、旋轉(zhuǎn)流變儀等檢測手段系統(tǒng)地研究了碳纖維在空氣和HNO3/H2SO4混合酸中的氧化機(jī)理，制備了碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料和碳纖維增強(qiáng)聚酰亞胺樹脂基復(fù)合材料，并探討了兩種碳纖維的表面氧化方法對碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料力學(xué)性能的影響，結(jié)論如下:
　　(1)在空氣

2、氧化過程中，氧化溫度的提高有利于碳纖維表面的-(C)-OH基團(tuán)轉(zhuǎn)變?yōu)?C)=O和-COOH基團(tuán)，但對-CO32-基團(tuán)含量影響不大。
　　(2)在HNO3/H2SO4混合酸的氧化過程中，在氧化時間從1min升至30min時，碳纖維表面刻蝕程度不斷加深。氧化處理30min時，碳纖維的表面粗糙度Ra從9.5nm提高到25.4nm。碳纖維的表面自由能隨氧化處理時間延長而增加，處理15min后變化不明顯。
　　(3)在HNO3/H2S

3、O4混合酸的氧化過程中，S-、N-含氧基團(tuán)為過渡官能團(tuán)最終轉(zhuǎn)變?yōu)?COOH，當(dāng)氧化時間為15min時，-COOH的濃度達(dá)到最大值。
　　(4)當(dāng)空氣氧化溫度從400℃升高到600℃，環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的層剪切強(qiáng)度先增大后減小。當(dāng)氧化溫度為550℃時達(dá)到最大值，相比于未經(jīng)過氧化處理的試樣，層剪切強(qiáng)度從20.3MPa提高到36.9MPa。
　　(5)根據(jù)聚酰亞胺不同升溫速率下的DSC曲線，由Kissinger法和Ozawa法計(jì)算

4、得到聚酰亞胺的的平均反應(yīng)活化能E為118.188KJ/mol，平均反應(yīng)級數(shù)n為0.932,得到了聚酰亞胺的固化動力學(xué)方程為:dα/dt=1.3648×107e-118.188T/8.314(1-α)0.932確定了最終固化溫度為340℃，并且獲得聚酰亞胺固化轉(zhuǎn)變的TTT（時間-溫度-固化度）圖。
　　(6)隨著HNO3/H2SO4混合酸氧化處理時間的延長，碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的層剪切強(qiáng)度先增大后減小，在15min時達(dá)到最大值，